ES2886940T3

ES2886940T3 - Red de antenas en fase

Info

Publication number: ES2886940T3
Application number: ES17192899T
Authority: ES
Inventors: Thomas Emanuelsson; Jian Yang; Zaman Ashraf Uz
Original assignee: Gapwaves AB
Current assignee: Gapwaves AB
Priority date: 2017-09-25
Filing date: 2017-09-25
Publication date: 2021-12-21
Anticipated expiration: 2037-09-25
Also published as: KR20200051617A; EP3460908A1; WO2019057965A1; EP3460908B1; JP7264884B2; CN111066201A; US20200287291A1; US11121475B2; CN111066201B; JP2020535702A

Abstract

Una red de antenas en fase (1) que comprende: una capa base (2) que comprende un sustrato (21) con una pluralidad de postes salientes (22; 22'; 22"), dichos postes para detener la propagación de ondas a lo largo de dicha capa base; una placa de circuito impreso, PCB, (3) dispuesta en dicha capa base (2), y que comprende un primer lado que se orienta hacia la capa base (2) y un segundo lado opuesto al primer lado, y al menos un circuito integrado, IC de radiofrecuencia, RF, de red de antenas en fase y alimentaciones (31) para la transferencia de señales de RF desde los IC o IC de RF de red de antenas en fase al segundo lado de la PCB (3), estando las alimentaciones (31) en dicho segundo lado; una capa radiante (6), que comprende una pluralidad de elementos radiantes (61) para transmitir y/o recibir señales de RF de la red de antenas en fase; y una capa de alimentación (5) para la transferencia de señales de RF, dispuesta entre las alimentaciones (31) de la PCB (3) y los elementos radiantes (61) de la capa radiante (6), caracterizado porque la PCB (3) comprende dicho al menos un IC de RF de red de antenas en fase en el primer lado de la PCB frente a la capa base (2) y los postes salientes (22; 22'; 22"), porque la capa de alimentación (5) es una capa de guía de ondas de separación, que comprende guías de ondas de separación para la transferencia de señales de RF entre las alimentaciones (31) de la PCB y los elementos radiantes (61), y porque la red de antenas en fase (1) comprende además una capa de filtro (4) que se dispone entre la PCB (3) y la capa de alimentación (5), en la que la capa de filtro es una segunda capa de guía de ondas de separación que forma cavidades resonantes.

Description

DESCRIPCIÓN

Red de antenas en fase

Campo técnico de la invención

La presente invención se refiere a una red de antenas en fase, y en particular a un MIMO masivo 2D, antena de dirección de haz. Más específicamente, la presente invención se relaciona con una antena de RF/microondas/ondas milimétricas que tiene electrónica integrada para control del haz y funcionalidad de transmisión/recepción. Las áreas de aplicación típicas de la antena son telecomunicaciones, radar automotriz, radar para aplicaciones militares o satelitales.

Antecedentes

Las redes de antenas en fase se han desarrollado desde finales de la década de 1960 para aplicaciones de radar principalmente militares. Como el nivel de integración de toda la electrónica, también a frecuencias de ondas milimétricas, ha aumentado enormemente desde entonces, la posibilidad de construir redes de antenas en fase asequibles ha alcanzado niveles de costo que son adecuados también para aplicaciones comerciales. Los sistemas existentes se construyen principalmente de dos maneras diferentes, a menudo llamadas "ladrillo" y "baldosa", respectivamente.

El sistema de ladrillo usa módulos de transmisión/recepción montados perpendicularmente al plano de la antena que de manera simplificada aumenta el espacio disponible para la electrónica y aumenta las posibilidades de enfriamiento. El gran problema en la práctica de construcción de ladrillo es la conexión a la antena que generalmente se realiza a través de conectores coaxiales que son caros, voluminosos y susceptibles de tolerancias. Por lo tanto, esta manera de construcción solo se usa en sistemas de radar militar de alto costo y alto rendimiento. La práctica de construcción de baldosa parece ideal debido a la manera más fácil en que la antena se integra con la electrónica debido a que no hay conexiones perpendiculares de la antena. Sin embargo, también en esta manera de construir la antena existen varios inconvenientes. Los principales problemas son el espacio disponible limitado para la electrónica debido al requisito de tener una distancia máxima entre los elementos de antena adyacentes de media longitud de onda (por ejemplo, 5 mm a 30 GHz), la necesidad de paredes de blindaje para el aislamiento entre los canales, el espacio limitado para añadir filtrado en la trayectoria de transmisión/recepción, las limitaciones térmicas debidas a la alta potencia por unidad de área cuando la electrónica está muy abarrotada, etc. Estas limitaciones o condiciones de contorno limitan el uso de antenas de baldosa a dispositivos de baja potencia sin filtrado y rango de escaneo limitado.

El documento WO 2016/116126, por el mismo solicitante, se dirige a un procedimiento para producir una antena o parte de RF por moldeado. En un ejemplo, la antena comprende una capa base con postes salientes, una capa media con una red de distribución de microcintas y una capa superior con una matriz de elementos de cuerno radiantes.

El documento WO 2017/086855, también por el mismo solicitante, se dirige a antenas de pajarita autoconectadas a tierra.

El documento US 2017/187124 se dirige a una red de antenas de ranuras que comprende una superficie eléctricamente conductora con ranuras, y un miembro de guía de onda, que usa tecnología de guía de ondas de separación, dispuesto debajo de la superficie eléctricamente conductora.

El artículo "Ka-Band Gap Waveguide Coupled-Resonator Filter for Radio Link Diplexer Application" por E.A. Alos y otros, del 1 de mayo de 2013, divulga un filtro de resonador acoplado a banda Ka realizado con tecnología de guía de ondas de separación.

Por lo tanto, se necesita una nueva red de antenas en fase que pueda producirse de manera relativamente rentable y que alivie al menos algunos de los problemas discutidos anteriormente.

Sumario de la invención

El objeto de la presente invención es por lo tanto proporcionar una nueva red de antenas en fase que puede producirse de manera relativamente rentable, y que alivia al menos algunos de los problemas discutidos anteriormente.

Este objeto se logra por una red de antenas en fase de acuerdo con las reivindicaciones adjuntas.

De acuerdo con un primer aspecto de la presente invención, se proporciona una red de antenas en fase de acuerdo con la reivindicación 1.

La nueva red de antenas en fase resuelve una serie de problemas inherentes previamente experimentados en la práctica de construcción de antenas de baldosa por el uso de una o varias capas de tecnología de guía de ondas de separación.

Dicho de otra manera, la invención proporciona una nueva antena que incluye una estructura de guía de ondas de separación multicapa de baja pérdida e incluye una placa para componentes de microondas/ondas milimétricas con acoplamiento eléctrico eficiente y trayectoria térmica de alta eficiencia incorporada para la refrigeración de la electrónica. La tecnología de poste/pasador de espacio suprime la propagación en o entre los canales de la antena.

La electrónica, es decir, al menos un circuito integrado (IC) de radiofrecuencia (RF) de red de antenas en fase, se monta en una PCB, como una placa de microcinta, que se acopla a la estructura de alimentación en el otro lado de la PCB. La alimentación muy eficiente se habilita por la capa base con los postes salientes, al suprimir la propagación de la onda a lo largo de la capa base. Por lo tanto, los postes salientes forman una superficie de conductor magnético artificial (AMC) de espacio. La capa base con los postes salientes cubre preferentemente el área completa de la PCB. El efecto de esta capa base es una supresión total de cualquier propagación de ondas a lo largo o dentro de la PCB, lo que conduce a la gran ventaja de que todas las paredes de blindaje que de otra manera siempre están presentes para desacoplar canales adyacentes pueden omitirse, lo que permite un uso muy eficiente del área de la PCB. Esto también minimiza los problemas de enrutamiento en la placa.

Las estructuras de guía de ondas de separación, es decir, las estructuras que incluyen los postes salientes comprenden preferentemente una superficie de metal, y son con la máxima preferencia hechas completamente por metal. Por ejemplo, las estructuras pueden fabricarse por fundición a presión o moldeo por inyección, por ejemplo, al usar aluminio o zinc.

La capa base con los postes salientes también, en particular cuando se hace de metal, conduce a otra gran ventaja en que el circuito de microondas que se monta en el PCT tendrá una trayectoria térmica muy efectiva lejos de la placa y, por lo tanto, un enfriamiento eficiente de la antena. Esto conduce a una capacidad de manejo de potencia muy alta que a su vez permite una mayor potencia de salida de la antena. Esto es de gran importancia, por ejemplo, en un sistema de telecomunicaciones o un sistema de radar. La capa base con los postes salientes también funcionará como una superficie de enfriamiento para circuitos que necesitan enfriamiento desde el lado superior, por ejemplo, circuitos CMOS empaquetados en BGA comúnmente usados para las partes digitales y de baja potencia del sistema.

El uso de postes salientes para formar una onda de supresión superficial de la propagación en direcciones no deseadas se conoce de por sí, entre otras cosas los documentos WO 10/003808, Wo 13/189919, WO 15/172948, WO 16/058627, WO 16/116126, WO 17/050817 y WO 17/052441, todos por el mismo solicitante.

El uso de postes salientes para formar la supresión de ondas en direcciones no deseadas puede denominarse tecnología de guía de ondas de separación, que es una tecnología usada para controlar la propagación de ondas en el espacio estrecho entre placas conductoras paralelas, o para formar superficies que suprimen la propagación de ondas. La propagación de onda se detiene por el uso de elementos periódicos como postes metálicos (también denominados como pines) en una o ambas de las dos superficies conductoras paralelas, y en caso de que se forme una guía de onda, las ondas se guían a lo largo, por ejemplo, de crestas metálicas, dispuestas en una de las dos superficies conductoras. No se necesitan conexiones metálicas entre las dos superficies conductoras paralelas. Los campos están presentes principalmente dentro del espacio entre las dos superficies, y no en la textura o estructura de la capa en sí, por lo que las pérdidas son pequeñas. Este tipo de tecnología de guía de ondas de microondas es particularmente ventajosa para una frecuencia tan alta que las líneas de transmisión y guías de onda existentes tienen pérdidas demasiado altas o no pueden fabricarse de manera rentable dentro de las tolerancias requeridas.

Los elementos radiantes pueden ser aberturas de ranura que se extienden a través de la capa radiante, y preferentemente aberturas de ranura rectangulares. Las aberturas de ranura son preferentemente relativamente cortas, y dispuestas a lo largo de líneas paralelas en la capa radiante, cada línea comprende una pluralidad de aberturas de ranura. Sin embargo, también pueden usarse aberturas de ranura más largas, como aberturas de ranura que se extienden sobre casi todo el ancho de la capa radiante.

En lugar de las aberturas de ranura discutidas anteriormente en la capa radiante, también pueden usarse otros elementos radiantes, como parches radiantes y similares.

De acuerdo con una línea de realizaciones, los elementos radiantes son antenas de pajarita. Las antenas de pajarita son muy eficientes y también rentables de producir. Las antenas de pajarita se conocen de por sí a partir, por ejemplo, los documentos WO 14/062112, WO 17/086853 y WO 17/086855, todas del mismo solicitante.

La capa de alimentación es una capa de guía de ondas de separación, que comprende guías de ondas de separación para la transferencia de señales de RF entre las alimentaciones de la PCB y los elementos radiantes. Tales guías de ondas de separación son, como se dijo anteriormente, conocidas de por sí, entre otras cosas, los documentos WO 10/003808, WO 13/189919, WO 15/172948, WO 16/058627 WO 16/116126 y WO 17/050817 todas por el mismo solicitante. El uso de guías de ondas de separación en la capa de alimentación proporciona ventajas sorprendentes adicionales. Las guías de onda de espacio permiten una combinación de baja pérdida y muy bajos costo de fabricación. Aquí, la electrónica montada en la PCB puede acoplarse a las guías de ondas de separación, por ejemplo, desde una línea de microcinta de extremo abierto en una abertura de ranura. Por tanto, las alimentaciones de la PCB pueden ser agujeros pasantes conectados a las aberturas correspondientes en la capa de guía de ondas de separación, los agujeros pasantes de la PCB que se alimentan por líneas de microcinta en el primer lado de la PCB. Un acoplamiento muy eficiente es entonces habilitado por la capa base previamente discutida con los postes salientes, que fuerza efectivamente el campo en la ranura al evitar de este modo el cuarto de longitud de onda que consume espacio corto que otras soluciones están obligadas a usar.

Además, el circuito de microondas que se monta en la PCB, gracias a la capa de guía de ondas de separación, también tendrá una trayectoria térmica adicional muy efectiva, directamente junto al suelo de la PCB, lo que conduce a una capacidad de manejo de potencia aún mayor que a su vez permite una potencia de salida aún mayor de la antena. Este efecto es particularmente pronunciado cuando la estructura de la guía de ondas de separación se hace de metal.

El uso de la capa de alimentación de guía de ondas de separación también permite la incorporación de filtros de baja pérdida en la trayectoria de transmisión/recepción, por ejemplo, al añadir una capa adicional de estructura de guía de ondas de separación entre la PCB y la capa de alimentación. El filtrado es a menudo una función crucial en, por ejemplo, un sistema de telecomunicaciones para suprimir el ruido y las interferencias, y que es muy difícil de incorporar con bajas pérdidas en otras prácticas de construcción, como en sustratos de microcinta o línea de cinta. La capa de guía de ondas de separación, es decir, la capa de alimentación con las guías de ondas de separación comprende preferentemente una estructura de alimentación de cresta rodeada de postes salientes dispuestos para detener la propagación de ondas en otras direcciones que no sean a lo largo de dicha cresta.

Al menos una, y preferentemente ambas, de la capa base y la capa de alimentación, en particular cuando se incorporan guías de ondas de separación, se hacen de metal, y preferentemente de aluminio.

En al menos una, y preferentemente ambas, de la capa base y la capa de alimentación con guías de ondas de separación, los postes salientes tienen unas dimensiones máximas de sección transversal de menos de la mitad de una longitud de onda en el aire a la frecuencia de funcionamiento, y/o una separación entre los postes salientes que es menor que la mitad de una longitud de onda en el aire a la frecuencia de funcionamiento. Además, los postes salientes se disponen preferentemente en un patrón periódico o cuasiperiódico y se conectan de manera fija a la capa base/capa de alimentación. Preferentemente, los postes salientes se conectan eléctricamente entre sí en sus bases al menos a través de dicha capa base/capa de alimentación.

Para mejorar las trayectorias térmicas, al menos algunos, y preferentemente todos, los postes salientes pueden disponerse en contacto mecánico con la placa de circuito impreso. Sin embargo, alternativamente, la PCB puede separarse de los postes salientes por un espacio de separación corto. Además, la capa base puede tener una extensión suficiente para cubrir el área completa de la PCB. Además, la capa base puede formarse de metal, y preferentemente de aluminio.

La antena comprende además una capa de filtro dispuesta entre la PCB y la capa de alimentación. La capa de filtro se realiza como una segunda capa de guía de ondas de separación que forma cavidades resonantes.

Preferentemente, todas las capas de la antena tienen esencialmente las mismas dimensiones de ancho y largo. Por la presente, se proporciona una antena compacta, y con excelentes propiedades de blindaje y disipación de calor. Sin embargo, también es posible que algunas capas sean algo más grandes que las otras, como por ejemplo la capa radiante y/o la capa base.

Otras realizaciones y ventajas de la presente invención se harán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada de las realizaciones actualmente preferidas de la invención.

Breve descripción de los dibujos

Con propósitos ejemplificantes, la invención se describirá con mayor detalle a continuación con referencia a las realizaciones ilustradas de la misma en los dibujos adjuntos, en los que:

La Figura 1 es una vista despiezada de una red de antenas en fase de acuerdo con una realización de la presente invención;

La Figura 2 son vistas detalladas, vistas desde diferentes direcciones, de una parte, de una antena de acuerdo con una realización de la invención al formar una transición desde la capa de PCB a una capa de alimentación de guía de ondas de separación;

La Figura 3 es una vista seccional detallada de una parte de una antena de acuerdo con una realización de la invención al formar una transición de la capa de PCB a una capa de alimentación de guía de ondas de separación, con una capa de filtro entre ellas;

La Figura 4 es una vista en perspectiva detallada de una capa de PCB y una capa base de acuerdo con una realización de la invención;

La Figura 5 es una vista detallada en perspectiva de la capa base de acuerdo con otra realización de la invención; La Figura 6 es una vista detallada en perspectiva desde arriba de una antena de pajarita para su uso en una realización de la presente invención;

La Figura 7 es una vista detallada en perspectiva desde arriba de una antena de pajarita para su uso en otra realización de la presente invención;

La Figura 8 es una vista detallada en perspectiva desde arriba de una red de antenas de pajarita para su uso en otra realización de la presente invención; y

La Figura 9 es una vista seccional esquemática de otra realización de la antena de acuerdo con la invención.

Descripción detallada

Con referencia a la Figura 1, una red de antenas en fase 1 de acuerdo con una primera realización comprende una capa base 2. La capa base comprende un sustrato 21 con una pluralidad de postes salientes 22, para detener la propagación de ondas a lo largo de la capa base. Los postes salientes pueden disponerse en un patrón periódico o cuasiperiódico, y preferentemente tienen dimensiones máximas de sección transversal de menos de la mitad de una longitud de onda en el aire a la frecuencia de funcionamiento, y un espacio entre los postes salientes es menor que la mitad de una longitud de onda en el aire a la frecuencia de funcionamiento. Los postes salientes se conectan de manera fija al sustrato, y también se conectan eléctricamente entre sí a través de dicho sustrato. El sustrato y los postes salientes tienen una superficie metálica conductora y se hacen preferentemente completamente de metal. Por ejemplo, la capa base podría fundirse a presión o moldeada por inyección de aluminio o zinc. Los postes salientes 22 pueden tener por ejemplo una forma de sección transversal rectangular o circular.

Una placa de circuito impreso (PCB) 3 se dispone en la capa base. La PCB comprende preferentemente un lado, un lado del componente, que comprende componentes electrónicos, y más específicamente al menos un circuito integrado (IC) de radiofrecuencia (RF) de red de antenas en fase, y otro lado que comprende una capa de tierra. El lado del componente se dispone aquí hacia la capa base y los postes salientes.

La PCB comprende además las alimentaciones 31 para la transferencia señales de RF desde las matrices en fase RF IC al lado opuesto de la PCB. Aquí, las alimentaciones comprenden aberturas de ranura a través de la PCB. La electrónica montada en la PCB se acopla a las aberturas de ranura, por ejemplo, desde las líneas de microcinta de extremo abierto que se extienden hacia las aberturas de ranura.

Una capa de filtro 4 se dispone en la capa 3 de PCB. El filtro proporciona filtrado de guía de ondas de baja pérdida. La capa de filtro comprende guías de ondas de separación, al formar cavidades resonantes para filtrar las ondas electromagnéticas. Las guías de ondas de separación pueden realizarse como crestas 41 rodeadas por postes salientes 42 para detener o suprimir ondas en otras direcciones que las previstas, de la misma manera que se discutió anteriormente.

Una capa de alimentación 5 se dispone en la capa de filtro 4. La capa de alimentación 5 comprende la transferencia de señales de RF procedentes de las alimentaciones de la PCB, posiblemente a través de la capa de filtro, a elementos radiantes de una capa radiante, o en la forma inversa. En esta realización, la capa de alimentación se realiza como una estructura de guía de ondas de separación, que comprende crestas 51 a lo largo de las que se propagan las señales, y postes salientes 52 dispuestos para detener o suprimir la propagación de ondas en otras direcciones, de la misma manera que se discutió anteriormente. Los postes salientes se disponen preferentemente en al menos dos filas paralelas a ambos lados a lo largo de cada trayectoria de guía de onda. Sin embargo, para algunas aplicaciones, una sola fila puede ser suficiente. Además, más de dos filas paralelas también pueden ventajosamente usarse en muchas realizaciones, como tres, cuatro o más filas paralelas.

Las alimentaciones 31 de la capa de PCB, y las aberturas/entradas correspondientes en la capa de alimentación 5, o en la capa de filtro 4 en caso de que se proporcione dicha capa, pueden disponerse a lo largo de dos líneas, dispuestas cerca de dos lados opuestos de la PCB. Esto alimentará las señales en líneas paralelas en la capa de alimentación, desde los lados de la capa de alimentación y hacia el centro. Sin embargo, alternativamente, las alimentaciones pueden disponerse a lo largo de una o más líneas centrales, o de una o varias líneas dispuestas relativamente cerca del centro. Esto alimentará las señales en líneas paralelas en la capa de alimentación desde el centro y hacia afuera, hacia los lados. También es posible proporcionar tres o cuatro líneas paralelas de alimentaciones 31, dispuestas separadas y distribuidas sobre la PCB. Sin embargo, otras disposiciones de los alimentos también son factibles.

Una capa radiante 6 se dispone en la capa de alimentación 5, y comprende una pluralidad de elementos radiantes 61, dispuestos como una matriz. Los elementos radiantes se disponen para transmitir y/o recibir señales de RF. La capa radiante forma preferentemente una superficie radiante plana.

En esta realización, los elementos radiantes son aberturas de ranura que se extienden a través de la capa radiante, y dispuestas para acoplarse a las guías de ondas de separación de la capa de alimentación 5. Las aberturas de ranura son preferentemente relativamente cortas, y dispuestas a lo largo de líneas paralelas en la capa radiante, cada línea comprende una pluralidad de aberturas de ranura.

El espacio entre los elementos de la antena, por ejemplo, en forma de ranuras, es preferentemente menor que una longitud de onda en el aire a la frecuencia de funcionamiento.

En la Figura 2, la transición de la capa de PCB a una capa de alimentación de guía de ondas de separación se ilustra con más detalle. La guía de ondas de separación comprende crestas 51, al formar trayectorias de propagación para las ondas, y se rodean por postes salientes 52. Las ondas se alimentan a través de una abertura 53 en el sustrato. La abertura 53 se acopla a un extremo abierto de una línea de microcinta 32 en la PCB 3. Además, una capa base 2 con pines salientes se dispone en el otro lado de la PCB. En la Figura2, solo se muestran pequeñas partes de la capa base 2 y la PCB.

En caso de que se use una capa de filtro 4, como se discutió anteriormente, la alimentación a la capa de filtro puede hacerse de la misma manera. Esto se ilustra en la Figura 3, que muestra la alimentación de señales/ondas de la PCB 3 en la capa de filtro. La alimentación aquí ocurre en el lado de la PCB 3, en las aberturas 31. La señal/onda luego se propaga a lo largo de la guía de ondas de separación de la cresta, y luego se transfiere a través de la abertura 53 a las guías de ondas de separación de la cresta de la capa de alimentación 5. Aquí, las señales/ondas se dirigen guían hacia las aberturas de ranura 61 de la capa de antena 6. Esta propagación de señal descrita es para transmitir señales desde la antena. Para recibir señales, se sigue la misma trayectoria, pero en el orden y la dirección inversa.

Las matrices en fase RF IC comprenden preferentemente una pluralidad de alimentaciones de fase controlada y/o de alimentación controlada por amplitud. Las matrices en fase Rf IC pueden disponerse para proporcionar señales con fases/amplitudes diferentes a uno o varios de los elementos de antena de la capa radiante, al proporcionar de esta manera la dirección del haz de una manera de por sí conocida. Las matrices en fase RF IC pueden disponerse, por ejemplo, para controlar las fases de los elementos de antena dispuestos en diferentes columnas o líneas por separado, para proporcionar la dirección del haz en una dirección. Sin embargo, puede disponerse alternativamente para controlar los elementos de antena de las secciones distribuidas tanto en la dirección de ancho como de longitud de la capa radiante por separado, para proporcionar la dirección del haz en dos direcciones ortogonales. También puede disponerse para controlar cada elemento de la antena por separado.

Como se ve mejor en la Figura 4, los postes salientes 22 de la capa base 2 se disponen sobrepuestos/subyacentes a las partes activas de la PCB 3. Los postes salientes 22 pueden disponerse a una pequeña distancia de la PCB y sus componentes. Sin embargo, alternativamente, los postes salientes pueden disponerse en contacto directo con la PCB y/o los componentes 32 proporcionados en la PCB, al hacer de esta manera que la disipación de calor sea más eficiente.

Los postes salientes pueden tener todas las mismas alturas. También es posible usar pasadores salientes de altura algo diferente. Por ejemplo, los postes salientes directamente superpuestos/subyacentes de los componentes 32 pueden tener una altura menor. De este modo, pueden formarse áreas empotradas en la superficie presentada por los postes salientes, en los que se insertan los circuitos integrados o similares.

También es posible tener postes salientes de diferentes alturas en diferentes secciones de la capa base. Tal realización se ilustra esquemáticamente en la Figura 5. Aquí, los postes salientes 22' de una primera sección son más altos que los postes salientes 22" de otra sección. Esta realización es útil por ejemplo cuando se usan señales de diferentes frecuencias en diferentes partes de la PCB, al hacer de esta manera más eficiente el blindaje de cada parte.

La antena de pajarita es una antena autoconectada a tierra, dispuesta en un plano de tierra. Este plano de tierra mejora aún más la disipación térmica de la antena. Se sabe que las antenas de pajarita son fáciles y rentables de producir, y son pequeñas y compactas.

Como se ilustra en la Figura 6, cada elemento de antena de pajarita puede comprender un número de pétalos de antena 610, dispuestos en un plano de tierra 611. El plano de tierra 611 puede ser un plano de tierra común para todos los elementos de antena en la matriz de antenas. Preferentemente, se proporcionan dos o cuatro pétalos de antena, y se disponen de manera simétrica alrededor de una alimentación. Cada pétalo de antena comprende una sección de brazo 612 que se estrecha hacia las porciones centrales del extremo 613, y se hacen de un material conductor eléctrico. Desde las porciones centrales del extremo, cada pétalo de la antena se extiende en un arco hasta un extremo exterior más ancho 614, que se conecta al plano de tierra 611.

Las porciones centrales del extremo 613 pueden conectarse conductivamente al plano de tierra 611, y disponerse en las proximidades de una alimentación de antena, por ejemplo, en forma de una abertura 615. Por la presente, los pétalos de la antena se asemejan a la función de un llamado cuerno TEM. Este tipo de antena de pajarita se discute, por ejemplo, en el documento WO 2017/086855. Las aberturas 615 pueden acoplarse a aberturas en la capa de alimentación, de manera similar a la de los elementos de antena discutidos anteriormente en forma de aberturas de ranura.

En una realización alternativa, como se muestra en la Figura 7, la porción central del extremo de cada pétalo de antena se conecta a una o varias alimentaciones de antena. En particular, las porciones de extremos pueden tener una porción de punta del extremo que se adapta para conectarse a puertos de alimentación, ya que se proporciona un puerto específico para cada pétalo de antena. Este tipo de antena de pajarita se discute, por ejemplo, en el documento WO 2014/062112, y también en el documento W^o2017/086855.

Las antenas de pajarita, independientemente del primer o del segundo tipo, pueden disponerse como un conjunto de elementos de antena en la superficie de la capa radiante, como se ilustra en la Figura 8.

Para el segundo tipo de antena de pajarita, como se discutió anteriormente en relación con la Figura 7, la estructura de alimentación de la red de antenas en fase puede ser algo diferente. En este caso, las líneas conductoras, por ejemplo, en forma de orificios de vía, cables coaxiales o similares, pueden disponerse a través de la capa de alimentación para conectar las salidas de alimentación de la capa de PCB con las entradas de alimentación de la capa radiante.

Tal realización se ilustra esquemáticamente en la Figura 9. Aquí, la capa radiante 6' comprende una matriz de elementos de antena 61' en forma de antenas de pajarita del tipo discutido en relación con la Figura 7, y como se muestra en la Figura 8. La capa de PCB 3' comprende salidas de alimentación, que se conectan a líneas conductoras 41' que conducen a través de la capa de alimentación 4'. La capa de alimentación puede formarse, por ejemplo, como una capa de metal, como una capa de aluminio, y con líneas de conexión coaxiales dispuestas en agujeros pasantes de la capa de metal.

Se proporciona una capa de filtro entre la capa de alimentación y la capa de PCB, de una manera similar a la de las realizaciones mencionadas anteriormente.

En el otro lado de la capa de PCB 3', una capa base 2 que tiene postes salientes se dispone, y la capa base se estructura de la misma manera que en las realizaciones discutidas anteriormente, y realiza la misma función.

Las realizaciones discutidas anteriormente de redes de antenas en fase tienen un muy buen rendimiento y pueden funcionar hasta frecuencias muy altas. La antena está preferentemente adaptada para su uso a altas frecuencias. En particular, se prefiere que esté adaptado para su uso en una región de frecuencia/onda de funcionamiento a frecuencias por encima de 300 MHz, y preferentemente por encima de 1 GHz. También puede usarse a frecuencias aún más altas, como, por ejemplo, como exceder los 10 GHz, exceder los 20 GHz o exceder los 30 GHz o exceder los 100 GHz. En particular, las primeras realizaciones discutidas, discutidas en relación con la Figura 1, pueden funcionar a frecuencias por encima de 10 GHz, mientras que las realizaciones discutidas posteriormente, discutidas en relación con la Figura 9, pueden funcionar al menos hasta 6 GHz.

Además, la red de antenas en fase puede usarse como antena independiente. Sin embargo, también puede integrarse con otros componentes. También es posible ensamblar una pluralidad de redes de antenas en fase del tipo descrito anteriormente juntas en una matriz más grande y sincronizadas desde una fuente común, para proporcionar más potencia.

La antena de la presente invención puede usarse ya sea para la transmisión o recepción de ondas electromagnéticas, o ambas.

La antena es preferentemente plana y con una forma esencialmente rectangular. Sin embargo, otras formas también son factibles, como circular, ovalada también son factibles. La forma también puede tener la forma de un hexágono, octágono u otros polígonos. La superficie de la antena también puede ser no plana, como ser de forma convexa. Las guías de onda de la antena y/o el espacio entre los postes salientes pueden llenarse con un material dieléctrico, como la espuma dieléctrica, por razones mecánicas. Sin embargo, preferentemente al menos algunas, y preferentemente todas, las guías de onda y/o todo el espacio entre los postes salientes están llenos de aire y libres de material dieléctrico.

Los postes salientes pueden tener cualquier forma de sección transversal, pero preferentemente tienen una forma de sección transversal cuadrada, rectangular o circular. Además, los postes salientes preferentemente tienen dimensiones máximas de sección transversal de menos de la mitad de una longitud de onda en el aire a la frecuencia de funcionamiento. Preferentemente, la dimensión máxima es mucho menor que esta. La dimensión máxima de sección transversal es el diámetro en el caso de una sección transversal circular, o diagonal en el caso de una sección transversal cuadrada o rectangular. La pluralidad de postes salientes también puede denominarse una matriz de cuadrícula de pines.

Los postes salientes son todos preferentemente fijos y conectados eléctricamente a una superficie conductora. Sin embargo, al menos algunos, y preferentemente todos, de los elementos salientes pueden estar en contacto mecánico directo o indirecto con la superficie dispuesta sobre los postes salientes.

Además de las capas discutidas anteriormente, la red de antenas en fase también puede comprender capas adicionales, como capas de soporte, capas espaciadoras, etc., dispuestas por encima o por debajo de la disposición de capas discutida anteriormente, o entre cualquiera de estas capas. También puede proporcionarse más de una capa de PCB, por ejemplo, dispuestas una encima de la otra, en una construcción intercalada, o dispuestas con otras capas entre ellas.

Tales y otras modificaciones obvias deben considerarse dentro del ámbito de la presente invención, como se define en las reivindicaciones adjuntas. Se debe señalar que las realizaciones mencionadas anteriormente ilustran la invención en lugar de limitarla, y que los expertos en la técnica serán capaces de diseñar muchas realizaciones alternativas sin apartarse del ámbito de las reivindicaciones adjuntas. En las reivindicaciones, los signos de referencia colocados entre paréntesis no se interpretarán como limitantes a la reivindicación. Las palabras "que comprende" no excluyen la presencia de otros elementos o etapas distintas de las enumeradas en la reivindicación. La palabra "un" o "uno" que precede un elemento no excluye la presencia de una pluralidad de tales elementos. Además, una sola unidad puede desempeñar las funciones de varios medios declarados en las reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Una red de antenas en fase (1) que comprende:

una capa base (2) que comprende un sustrato (21) con una pluralidad de postes salientes (22; 22'; 22"), dichos postes para detener la propagación de ondas a lo largo de dicha capa base;

una placa de circuito impreso, PCB, (3) dispuesta en dicha capa base (2), y que comprende un primer lado que se orienta hacia la capa base (2) y un segundo lado opuesto al primer lado, y al menos un circuito integrado, IC de radiofrecuencia, RF, de red de antenas en fase y alimentaciones (31) para la transferencia de señales de RF desde los IC o IC de RF de red de antenas en fase al segundo lado de la PCB (3), estando las alimentaciones (31) en dicho segundo lado;

una capa radiante (6), que comprende una pluralidad de elementos radiantes (61) para transmitir y/o recibir señales de RF de la red de antenas en fase; y

una capa de alimentación (5) para la transferencia de señales de RF, dispuesta entre las alimentaciones (31) de la PCB (3) y los elementos radiantes (61) de la capa radiante (6),

caracterizado porque la PCB (3) comprende dicho al menos un IC de RF de red de antenas en fase en el primer lado de la PCB frente a la capa base (2) y los postes salientes (22; 22'; 22"), porque la capa de alimentación (5) es una capa de guía de ondas de separación, que comprende guías de ondas de separación para la transferencia de señales de RF entre las alimentaciones (31) de la PCB y los elementos radiantes (61), y porque la red de antenas en fase (1) comprende además una capa de filtro (4) que se dispone entre la PCB (3) y la capa de alimentación (5), en la que la capa de filtro es una segunda capa de guía de ondas de separación que forma cavidades resonantes.

2. La red de antenas en fase de la reivindicación 1, en la que los elementos radiantes (61) son aberturas de ranura que se extienden a través de la capa radiante (6), y preferentemente aberturas de ranura rectangulares.

3. La red de antenas en fase de la reivindicación 1, en la que los elementos radiantes son antenas de pajarita.

4. La red de antenas en fase de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que las alimentaciones (31) de la PCB (3) son agujeros pasantes conectados a las aberturas correspondientes en la capa de guía de ondas de separación de la capa de alimentación (5), los agujeros pasantes de la PCB (3) se alimentan por líneas de microcinta (32) en el primer lado de la PCB.

5. La red de antenas en fase de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la capa de guía de ondas de separación de la capa de alimentación (5) comprende una estructura de alimentación de cresta (51) rodeada por postes salientes (52) dispuestos para detener la propagación de ondas en otras direcciones que no sean a lo largo de dicha cresta (51).

6. La red de antenas en fase de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la capa base (2) tiene una extensión suficiente para cubrir el área completa de la PCB (3).

7. La red de antenas en fase de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la capa base (2) se forma de metal, y preferentemente de aluminio.

8. La red de antenas en fase de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que todas las capas tienen esencialmente las mismas dimensiones de ancho y largo.

9. La red de antenas en fase de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la capa base (2) se hace de metal, y preferentemente de aluminio.

10. La red de antenas en fase de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que los postes salientes (22; 22'; 22") de la capa base (2) tienen dimensiones máximas de sección transversal de menos de la mitad de una longitud de onda en el aire a la frecuencia de funcionamiento, y/o en la que los postes salientes (22; 22'; 22") se separan por una separación que es menor que la mitad de una longitud de onda en el aire a la frecuencia de funcionamiento.

11. La red de antenas en fase de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que los postes salientes (22; 22'; 22") de la capa base (2) se disponen en un patrón periódico o cuasiperiódico y se conectan de manera fija a la capa base.

12. La red de antenas en fase de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que los postes salientes (22; 22'; 22") de la capa base (2) se conectan eléctricamente entre sí en sus bases al menos a través de dicha capa base (2).

13. La red de antenas en fase de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que al menos algunos, y preferentemente todos, los postes salientes (22; 22'; 22") están en contacto mecánico con la placa de circuito impreso (3).